一項(xiàng)由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）研究團(tuán)隊(duì)開展的最新研究顯示，從小行星開采金屬并就地生產(chǎn)火箭燃料，將有望為未來(lái)火星殖民提供現(xiàn)實(shí)可行的物流方案，大幅減少對(duì)地球物資的依賴并壓縮任務(wù)成本。 科學(xué)家正嘗試回答一個(gè)看似科幻但愈發(fā)現(xiàn)實(shí)的問題：如果人類真要在火星上長(zhǎng)期生存，太空中的小行星能否成為關(guān)鍵的物資來(lái)源？

在大眾文化中，小行星常常以“威脅者”形象出現(xiàn)，比如好萊塢電影《世界末日》中，宇航員和油井工人試圖在太空中炸毀一顆“德州大小”的小行星。 然而，從科研視角看，小行星更接近一座“漂浮礦山”，其價(jià)值不在于摧毀，而在于開發(fā)利用，為在另一顆行星上“建世界”提供資源。

研究指出，建設(shè)火星殖民地不僅是工程難題，更是嚴(yán)峻的物流挑戰(zhàn)。 一個(gè)真正可持續(xù)的火星基地，不僅需要食物和氧氣，還需要大量金屬——如用于居住設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼材、設(shè)備所需的鋁材，以及制作和維修工具所需的鐵等，而這些部件在長(zhǎng)期運(yùn)行中勢(shì)必會(huì)磨損、損壞并需要更換。 如果每一次補(bǔ)給都依賴地球發(fā)射，把金屬當(dāng)“補(bǔ)給品”運(yùn)過去，從長(zhǎng)期看既不經(jīng)濟(jì)也不可持續(xù)。

目前，從地球發(fā)射火箭，每噸貨物的成本以數(shù)千萬(wàn)英鎊計(jì)，飛往火星的旅程則需要大約六到九個(gè)月，具體取決于地火兩星在各自軌道上的相對(duì)位置。 在這樣的時(shí)間和成本條件下，試圖用傳統(tǒng)方式維持一個(gè)“星際五金店”式的補(bǔ)給體系，幾乎沒有現(xiàn)實(shí)可能。

EPFL團(tuán)隊(duì)在新研究中建立了一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算模型，對(duì)“從小行星向火星輸送金屬”的全流程進(jìn)行了模擬與定量分析。 太陽(yáng)系內(nèi)存在數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的小行星，其中富含金屬的 M 型小行星，本質(zhì)上就是由鐵、鎳以及其他貴重金屬構(gòu)成的巨大“金屬塊”，在行星軌道間漂行。 研究的核心問題是：在現(xiàn)有或可預(yù)見的航天技術(shù)條件下，人類能否以足夠低的能量和成本到達(dá)這些目標(biāo)小行星、完成資源開采并將金屬安全運(yùn)抵火星。

團(tuán)隊(duì)開發(fā)的計(jì)算程序，會(huì)在多條潛在供應(yīng)鏈方案中“窮舉搜索”，測(cè)試和對(duì)比成千上萬(wàn)種組合，以尋找最優(yōu)解。 模型綜合考慮了多個(gè)關(guān)鍵變量：包括飛船在不同小行星和火星之間轉(zhuǎn)移所需的能量、可現(xiàn)實(shí)開采和運(yùn)輸?shù)慕饘儋|(zhì)量，以及任務(wù)往返所需的推進(jìn)劑量等。 研究結(jié)論認(rèn)為，在特定條件下，構(gòu)建這樣一條“太空金屬供應(yīng)鏈”在理論上是可行的，不過其可行性高度依賴于目標(biāo)選擇和任務(wù)設(shè)計(jì)的精細(xì)程度。

燃料問題是整個(gè)方案中的關(guān)鍵一環(huán)，也是研究提出“巧妙轉(zhuǎn)折”的地方。 部分小行星屬于富含碳和水冰的碳質(zhì)小行星，如果能在這些天體上對(duì)資源進(jìn)行處理，就可以直接在太空中制造火箭推進(jìn)劑，而無(wú)需從地球?yàn)橥岛匠虜y帶全部燃料。 新研究將“在小行星就地生產(chǎn)燃料”的設(shè)想納入供應(yīng)鏈計(jì)算之中，這意味著部分運(yùn)輸任務(wù)可以在太空實(shí)現(xiàn)自給自足，從而顯著提高整體任務(wù)的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

通過對(duì)不同軌道條件和小行星類型的模擬分析，研究團(tuán)隊(duì)給出了若干在現(xiàn)有航天技術(shù)能力范圍之內(nèi)、具有現(xiàn)實(shí)可達(dá)性的目標(biāo)候選。 這些目標(biāo)小行星在軌道能量需求和潛在可開采資源之間實(shí)現(xiàn)了相對(duì)平衡，使得往返任務(wù)在理論上具備“賺得回”成本的可能；相反，選擇不當(dāng)?shù)男⌒行牵瑒t可能在推進(jìn)劑消耗上得不償失，其燃料消耗甚至超過所輸送金屬的價(jià)值。

研究還強(qiáng)調(diào)，一些碳質(zhì)小行星，比如編號(hào)為 253 的“馬蒂爾達(dá)”（Mathilde）等，憑借其富含水冰和碳的成分，有望成為未來(lái)太空任務(wù)中制造燃料的“加油站”和原料基地。 與此同時(shí)，富金屬小行星則更適合作為“粗加工礦源”，為火星地表的建設(shè)活動(dòng)提供鋼鐵、合金等基礎(chǔ)材料，兩類天體在供應(yīng)鏈中各司其職，相互補(bǔ)充。

盡管距離真正意義上的小行星采礦行動(dòng)仍有相當(dāng)長(zhǎng)的技術(shù)和工程距離，但這項(xiàng)研究的意義在于，從物流與系統(tǒng)工程的角度證明了問題在理論上“可解”，而非天方夜譚。 研究提出了一條完整的構(gòu)想路徑：通過在小行星上開采金屬、在太空中就地制造燃料，再將這些資源輸送至火星，為那里的殖民地提供建設(shè)所需的關(guān)鍵物資。 在這幅愿景中，火星不僅需要建設(shè)者和工程師，也需要新的“物流總監(jiān)”，負(fù)責(zé)管理從小行星到火星的星際供應(yīng)鏈，而最新研究則展示了這種系統(tǒng)在科學(xué)與工程層面是有望實(shí)現(xiàn)的。

這項(xiàng)工作以《從物流視角看：利用小行星采礦支撐火星殖民》為題發(fā)表在預(yù)印本平臺(tái) arXiv 上，由 Serena Suriano、Shamil Biktimirov、Dmitry Pritykin 和 Anton Ivanov 等人聯(lián)合署名。 研究在宇宙飛行經(jīng)濟(jì)性、小行星資源利用和行星基地可持續(xù)性之間建立了系統(tǒng)性的聯(lián)系，為未來(lái)規(guī)劃火星長(zhǎng)期駐留任務(wù)提供了重要的理論基礎(chǔ)，也為“如何讓火星成為第二個(gè)家園”這一問題提供了新的思路。